人参皂苷Rg1通过抑制铁死亡促进椎间盘修复的机制研究

作者及发表信息
本研究由Dongliang Gong（苏州大学附属第二医院骨科）、Feiyun Xia、Fuyong Wang等共同完成，通讯作者为Nong Chen（复旦大学附属中山医院青浦分院骨科）和Zhengfeng Lu（苏州大学附属第二医院骨科）。论文于2025年发表于*Journal of Translational Medicine*，标题为《Does ginsenoside Rg1 promote intervertebral disc repair? An experimental study insights into ferroptosis mechanism》，开放获取许可为CC BY 4.0。

学术背景
研究领域：椎间盘退变（Intervertebral Disc Degeneration, IVDD）是导致腰背痛和神经痛的主要病理过程，全球影响超5亿人，其高复发率和致残率对公共卫生和经济造成重大负担。椎间盘由髓核（Nucleus Pulposus, NP）、纤维环和软骨终板组成，IVDD的核心机制是细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）代谢失衡和微环境改变。近年来，铁死亡（Ferroptosis，一种铁依赖的程序性细胞死亡形式）被证实与NP细胞死亡密切相关，但其在IVDD中的作用机制尚不明确。
研究动机：人参皂苷Rg1（Ginsenoside Rg1）是从人参中提取的生物活性成分，已有研究表明其可通过抗炎、抗氧化等途径缓解IVDD，但针对铁死亡调控的机制尚未见报道。本研究旨在探索Rg1是否通过抑制NP细胞铁死亡促进椎间盘修复，并阐明其分子通路。

研究流程
1. 临床样本分析
- 样本：9例IVDD患者的NP组织（年龄50-80岁，Pfirrmann分级III-V级），通过MRI和组织病理学评估退变程度。
- 实验：qRT-PCR和Western blot检测铁死亡关键蛋白（GPX4、FTL1、SLC7A11）的表达水平。
- 结果：退变程度越高，铁死亡标志物表达越低，证实铁死亡在人类IVDD中的关键作用（图1）。

1. 大鼠IVDD模型构建与干预

   • 模型：48只SD大鼠随机分为对照组、IVDD组（针刺诱导）、Rg1低/高剂量组（20/40 mg/kg/天）。通过针刺Co7/8椎间盘模拟人类IVDD（图2a）。
     
   • 评估：
     
     • 影像学：X射线测量椎间盘高度指数（Disc Height Index, DHI），MRI评估Pfirrmann分级。
       
     • 生化检测：ELISA分析MDA（脂质过氧化产物）、SOD和GSH-Px（抗氧化酶）活性。
       
     • 组织学：H&E和番红O固绿染色观察NP形态，免疫组化检测胶原II和MMP3表达。
       
   • 结果：Rg1显著改善DHI、降低Pfirrmann分级，上调胶原II、下调MMP3，并减少MDA积累（图2b-m）。
     

2. 网络药理学与转录组学分析

   • 方法：通过PubChem和SwissTargetPrediction数据库预测Rg1靶点，结合FerroptosisDB筛选核心基因。转录组测序（对照组、IVDD组、Rg1高剂量组）分析差异基因。
     
   • 结果：发现Nrf2、GPX4、SLC7A11和FTL1是Rg1调控铁死亡的关键靶点（图3）。分子对接显示Rg1与这些蛋白结合能良好（Nrf2: -7.4 kcal/mol）。
     

3. 体外实验验证

   • 模型：H₂O₂诱导大鼠原代NP细胞退变，分为对照组、H₂O₂组、Rg1干预组（50-200 μM）及Nrf2抑制剂ML385组。
     
   • 实验：
     
     • 铁死亡检测：FerroOrange探针测Fe²⁺含量，流式细胞术测脂质ROS。
       
     • 机制验证：Western blot和免疫荧光检测Nrf2/GPX4通路蛋白；透射电镜观察线粒体形态；染色质免疫沉淀（ChIP）验证Nrf2与GPX4/FTL1启动子结合。
       
   • 结果：Rg1降低Fe²⁺和ROS水平，上调Nrf2/GPX4通路，而ML385逆转此效应（图4-8）。
     

主要结果
1. 临床相关性：人类退变NP组织中铁死亡标志物表达与影像学分级负相关（图1）。
2. 动物模型：Rg1通过抑制铁死亡改善椎间盘形态和ECM稳态（图2）。
3. 分子机制：Rg1激活Nrf2/GPX4通路，减少脂质过氧化和铁积累（图3-6）。
4. 通路验证：Nrf2抑制剂ML385阻断Rg1的保护作用，证实Nrf2为核心调控靶点（图7-8）。

结论与意义
科学价值：首次揭示Rg1通过Nrf2/GPX4通路抑制NP细胞铁死亡，为IVDD治疗提供新靶点。
应用价值：Rg1作为天然化合物，具有临床转化潜力，可开发为靶向铁死亡的IVDD治疗药物。
局限性：临床样本量较小（n=9），需进一步扩大验证；动物模型虽模拟人类IVDD，但需结合其他模型（如衰老模型）完善机制研究。

研究亮点
1. 创新机制：首次将铁死亡与Rg1的IVDD治疗作用关联，阐明Nrf2/GPX4轴的核心地位。
2. 多组学整合：结合网络药理学、转录组学和分子对接，系统性预测并验证靶点。
3. 转化潜力：Rg1的抗氧化和铁死亡抑制特性为其在骨相关疾病（如骨质疏松、骨关节炎）中的拓展应用提供思路。

其他发现
- 透射电镜显示Rg1可修复H₂O₂诱导的线粒体损伤（图8k），提示其保护作用与细胞器功能恢复相关。
- ChIP实验证实Rg1增强Nrf2与GPX4/FTL1启动子的结合（图8i-j），从表观遗传层面阐释机制。

（注：全文实验数据均通过GraphPad Prism 9.0分析，统计学显著性设为p<0.05。）